Pourquoi les éoliennes ont-elles 3 pales ?

Qu’est-ce qui explique le nombre de pales que l’on appose sur nos éoliennes?

Les éoliennes font de plus en plus partie intégrante de notre paysage énergétique, étant devenues dans certains pays un incontournable dans la production d’électricité. Si leur fonctionnement de base n’est plus un secret pour personne, beaucoup ignorent toutefois que le nombre de pales qu’elles contiennent est essentiel dans leur rendement énergétique!

Pourquoi au fait les éoliennes ont-elles 3 pales? En voici la raison.

Il faut d’abord préciser que les éoliennes n'ont pas toujours eu trois pales! En effet, la première éolienne a été créée en 1888 par Charles F. Brush, et avait pas moins de 144 pales en bois, qui généraient 12 kilowatts de puissance.

Cette quantité nous apparaît certes faible, mais il s’agissait d’une grande quantité d’énergie pour l’époque, d’autant plus que jusque dans les années 1930, l'énergie éolienne était une des seules sources d'électricité dans les campagnes américaines qui n'étaient pas desservies par les lignes électriques. Cependant, l'expansion des lignes a éclipsé les éoliennes, et c'est seulement il y a quelques années que celles-ci ont refait surface, dans une optique de développement durable.

Les principes derrière la production d'énergie éolienne sont les mêmes que ceux du XIXe siècle. Le vent n’est fait que d'air en mouvement, et là où il y a du mouvement il y a nécessairement de l'énergie cinétique. Les éoliennes sont donc conçues pour présenter un obstacle à cette énergie cinétique afin de la ralentir et de la convertir en énergie électrique. Cet obstacle prend ainsi la forme des pales, qui sont conçues pour produire un maximum d'énergie.

La conception et l'utilisation des pales d'éolienne est une science délicate qui se repose sur de nombreux facteurs comme l'aérodynamique et la résistance à l'air. D’un point de vue aérodynamique, les pales sont conçues un peu comme les ailes d'un avion. L'arrière de la pale est un peu plus courbée que l'avant, tout comme les ailes d'un avion sont courbées vers le haut au bout.

À cause de l'obstacle constitué par les pales, l'air bouge à une plus grande vitesse derrière la pale que devant elle. C'est ce qui fait tourner les pales, et commence le processus de génération d'électricité.

Cependant, les ingénieurs doivent prêter attention aux pales, car si elles constituent un trop grand obstacle, elles ne produiront pas assez d'énergie, et si elles sont trop faibles, elles pourraient bouger si vite que leur mouvement ne pourrait pas être absorbé par la turbine à l’intérieur. Sans parler du bruit qu’elles généreraient, qui pourrait aller jusqu’à passer le mur du son!

Pourquoi donc les éoliennes utilisent-elles trois pales? Il s’agit en fait d’un compromis entre efficacité et stabilité.

Une seule pale produirait un maximum d'énergie, mais rendrait l'éolienne instable en effectuant des rotations irrégulières et incontrôlées. De même, deux pales produiraient plus d'énergie que trois, mais subiraient ce qu'on appelle une précession gyroscopique, qui provoqueraient une ondulation, qui elle-même impacterait négativement la stabilité et l'efficacité de l'éolienne. Enfin, mettre plus de trois pales sur une éolienne créerait trop de résistance et diminuerait donc l'efficacité de l'éolienne.

Les éoliennes à trois pales constituent donc une solution optimale, et sont désormais devenues un standard, une convention.